A Dél-Kaliforniai Egyetem Viterbi Repüléstechnikai és Gépészeti Tanszéke feltárta a tengeri csillag decentralizált mozgásának a titkát, ami a kutatók szerint forradalmasíthatja az autonóm robotok tervezését.

A tengeri csillagok mozgása több száz, apró, csőszerű láb koordinációját igényli, hogy változatos környezetben tudjanak navigálni, miközben nincs központi „agyuk”. A kutatók szerint az egyes csőlábakat egy „helyi visszacsatolás” irányítja, amelyek mindegyike dinamikusan képes szabályozni a csőlábak felülethez való tapadását. A visszacsatolás mechanikai jelek alapján hoz döntést arról, hogy mikor tapadjon a felülethez és mikor váljon le róla, ahelyett, hogy egy központi vezérlő irányítaná őket.

A kutatók egy speciális, 3D-nyomtatott „hátizsákot” terveztek a tengeri csillagoknak, hogy megfigyelhessék az egyes csőtalpak reagálását a hozzáadott súlyokra. Ehhez hozzáadták saját matematikai modelljüket, amely leírta, hogy az egyszerű, helyi vezérlési szabályok, a test mechanikájával összekapcsolva, hogyan eredményezhetnek koordinált, az egész állatot érintő mozgást. 

A tengeri csillag minden csőtalpának helyi ismeretei vannak, amelyek a gravitáció erejét eltérően érzékelik. A koordinált mozgás annak köszönhető, hogy a lábak mechanikusan kapcsolódnak a testhez; amikor az egyik láb tol, a mozgás hatással van a többi lábra is. Ennek eredményeként a helyi meghibásodások nem feltétlenül állítják le az egész rendszert, ami fejlett robusztusságot és ellenálló képességet biztosít. 

Ráadásul „fejjel lefelé” is tudnak mozogni, mert a tengeri csillag – az emberi idegrendszerrel ellentétben – nem érzékeli, hogy a gravitációval ellentétes helyzetben van. Mindezek jelentős előnyt biztosíthatnak az autonóm robotok számára, amelyek extrém környezetben navigálnak, és könnyen felborulhatnak, terhelést veszíthetnek vagy nyerhetnek, vagy elszakadhatnak a központi kommunikációs forrástól.

Az összehangolt, ám központi idegrendszer nélkül – a föld alatt, a levegőben, a vízben – mozgó robotok szinte bármely iparágban hasznosíthatók. A helyi visszacsatoláson alapuló, adaptív mozgási modell különösen hasznos lehet a puha és többérintkezéses robotika tervezése szempontjából. Például egy barlangi mentőexpedíció esetén, ahol a környezet nehézsége megakadályozza a központi „misszióvezérlő” vagy emberi döntéshozó állandó kommunikációját. 

Forrás: Robotics&Automation News

Borítóképünk illusztráció, forrása: Adobe Stock